第8章 线天线.ppt

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1、第8章线天线线天线的定义：横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。广泛应用于通信、雷达等无线电系统中。一、对称振子天线的结构对称振子天线是由两根互成180°、粗细和长度都相同的导线构成，中间为两个馈电端。结构简单、应用广泛。对称振子的辐射场可以通过电基本振子的辐射场沿导线积分近似得到。8.1对称振子天线二、对称振子天线上的电流分布近似分析时，可将对称振子天线看成是终端开路的传输线两臂向外张开而得到的。其上的电流分布为：三、对称振子天线的方向特性1、方向函数方向函数与无关，因此在H面内的方向图为圆。在E面内的方向性

2、与电长度（）有关。半波振子：全波振子：2、方向特性与电长度的关系①当振子长度在一个波长内时，E面方向图只有两个大波瓣，没有小波瓣，其辐射最大值在对称振子的垂直方向，且振子越长，波瓣越窄，方向性越强。图中l=h②当振子全长超过一个波长时，天线上出现反向电流，在方向图中出现副瓣，在2h=1.25λ时，与振子垂直方向的大波瓣两旁出现了小波瓣。图中l=h③随着电长度的增加，反向电流增加，在2h=1.5λ时，原来的副瓣逐渐变成主瓣，而原来的主瓣则变成了副瓣。最大辐射方向偏离了振子的垂直方向。图中l=h④在2h=2λ时，原主瓣消失变成同样大小的

3、四个波瓣，振子垂直方向根本没有辐射。电长度影响电流分布，电流分布决定方向特性四、对称振子天线的阻抗特性1、对称阵子的辐射功率辐射功率的物理意义：以天线为中心，在远区范围内的一个球面上，单位时间内所通过的能量。辐射功率的表示式为：由公式6-3-7，可得：由公式8-1-4，可得：2、对称阵子的辐射电阻由辐射电阻的定义（6-3-10）：可得辐射电阻为3、对称阵子的特性阻抗均匀双导体传输线的特性阻抗沿线不变，为：其中D为两导线间的距离，a为导体半径。对称阵子天线元之间的距离是可变的，z处特性阻抗为：，沿z轴取平均值可得平均特性阻抗为：4、对

4、称阵子的输入阻抗为对称阵子的平均特性阻抗；为对称阵子的等效衰减常数；为对称阵子的等效相移常数。(1)对称振子上的等效衰减常数α由传输线的理论知,有耗传输线的衰减常数α为式中,R1为传输线的单位长度电阻。对于对称振子而言,损耗是由辐射造成的,所以对称振子的单位长度电阻即是其单位长度的辐射电阻,记为RΣ1,根据沿线的电流分布I(z),可求出整个对称振子的等效损耗功率为对称振子的辐射功率为对称振子的沿线电流分布为代入上式得因为PL就是PΣ,即PL=PΣ,故有(2）对称振子的相移常数β由传输线理论可知,有耗传输线的相移常数β为式中,R

5、1和L1分别是对称振子单位长度的电阻和电感。导线半径a越大,L1越小,相移常数和自由空间的波数k=2π/λ相差就越大,令n1=β/k,由于一般情况下L1的计算非常复杂,因此n1通常由实验确定。在不同的h/a值情况下,n1=β/k与h/λ的关系曲线如图8-6所示。公式和图8-6都表明,对称振子上的相移常数β大于自由空间的波数k,亦即对称振子上的波长短于自由空间波长,这是一种波长缩短现象,故称n1为波长缩短系数。式中,λ和λa分别为自由空间和对称振子上的波长。造成上述波长缩短现象的主要原因有:①对称振子辐射引起振子电流衰减,

6、使振子电流相速减小,相移常数β大于自由空间的波数k,致使波长缩短;图8–6n1=β/k与h/λ的关系曲线②由于振子导体有一定半径,末端分布电容增大（称为末端效应）,末端电流实际不为零,这等效于振子长度增加,因而造成波长缩短。振子导体越粗,末端效应越显著,波长缩短越严重。图8-7是由MATLAB画出的对称振子的输入电阻Rin和输入电抗Xin曲线,曲线的参变量是对称振子的平均特性阻抗。由图8-7可以得到下列结论:①对称振子的平均特性阻抗越低,Rin和Xin随频率的变化越平缓,其频率特性越好。图8-7对称振子的输入阻抗与h/λ的关系

7、曲线1—=455Ω2—=405Ω3—=322Ω4—=240Ω所以欲展宽对称振子的工作频带,常常采用加粗振子直径的办法。如短波波段使用的笼形振子天线就是基于这一原理。②h/λ≈0.25时,对称振子处于串联谐振状态,而h/λ≈0.5时,对称振子处于并联谐振状态,无论是串联谐振还是并联谐振,对称振子的输入阻抗都为纯电阻。但在串联谐振点（即h=λ/4n1）附近,输入电阻随频率变化平缓,且Rin=RΣ=73.1Ω。这就是说,当h=λ/4n1时,对称振子的输入阻抗是一个不大的纯电阻,且具有较好的频率特性,也有利于同馈线的匹配,这是半波振子被广

8、泛采用的一个重要原因。而在并联谐振点附近,Rin=,这是一个高阻抗,且输入阻抗随频率变化剧烈,频率特性不好。例、设对称振子的长度为2h=1.2(m),半径a=10mm,工作频率为f=120MHz,试近似计算其输入阻抗。解:对称振子